ロボットがAIを使用して「痛み」を感じ、自己修復する

ロボットは、新しい開発により、生物にさらに近づけることができました。シンガポールのナニヤン工科大学（NTUシンガポール）の科学者は、ロボットが痛みを認識し、自己修復できるAIシステムを作成しました。

新しく開発されたシステムは、AIを搭載したセンサー・ノードに依存しています。これらのノードは「痛み」を処理し、対応します。この痛みは、外部の物理的な力によって圧力が加わったときに検出されます。システムのもう一つの重要な部分は、自己修復です。ロボットは、軽微な「けが」の場合、人間の介入なしに損傷を修復できます。

この研究は、8月に『ネイチャー・コミュニケーションズ』誌に掲載されました。

現在のロボットのほとんどは、センサーのネットワークを通じて周囲の情報を取得しています。しかし、これらのセンサーは情報を処理せず、中央の処理装置に情報を送信します。中央の処理装置では学習が行われ、多くのワイヤーが必要になります。このシステムの結果、応答時間が長くなります。

これらのロボットは、長い応答時間のほか、簡単に損傷し、多くのメンテナンスと修復が必要です。

新しいシステム

科学者たちによって開発された新しいシステムでは、AIはセンサー・ノードのネットワークに組み込まれています。複数の小さくて低消費電力の処理装置があり、センサー・ノードはこれらの装置に接続されています。このセットアップにより、ローカルで学習が行われ、必要なワイヤーの数と応答時間が減少します。具体的には、従来のロボットと比較して5〜10倍の応答時間の短縮が可能です。

自己修復システムは、自己治癒イオン・ゲル材料の導入によって実現されます。これにより、ロボットは、人間の助けなしに、機械的な機能を回復できます。

アシスタント・プロフェッサー・アリンダム・バスは、この研究の共同筆頭著者です。彼は、電気電子工学学校出身です。

「ロボットが将来人間と協力して作業できるようにするには、安全に人間とやり取りする方法を見つける必要があります。したがって、世界中の科学者は、ロボットに『痛み』を感じ、対応し、厳しい作業条件に耐える方法を見つけてきました。しかし、必要なセンサーの数とそのシステムの複雑さは、広範な採用のための大きな障害です。」

バスは、ニューロモルフィック・コンピューティングの専門家でもあります。「私たちの研究は、効率的に情報を処理し、最小限のワイヤーと回路で動作するロボット・システムの実現可能性を示しています。電子部品の数を減らすことで、私たちのシステムは、費用対効果が高く、スケーラブルになるはずです。これにより、新しい世代のロボットの採用が加速されます。」

ロボットに「痛み」を教える

ロボットに「痛み」を教えるには、研究チームは、メモリと情報処理能力を持つ「脳のような」電子デバイスであるメモトランジスタを使用しました。これらのデバイスは、人工的な痛み受容体とシナプスとして機能します。

研究では、ロボットが損傷を受けた後も圧力に反応し続けることが示されました。ロボットが「けが」をした後、機械的な機能が失われます。その時、自己治癒イオン・ゲルが作動し、ロボットが「傷」を癒し、基本的に縫い合わせます。

ロヒット・アブラハム・ジョンは、この研究の第一著者であり、材料科学・工学学校の研究員です。

「これらの新しいデバイスの自己治癒特性により、ロボット・システムは、カットや引っ掻きなどの『けが』を受けた後、繰り返し自分自身を縫い合わせることができます。つまり、人間の生物システムと同様に、人間の皮膚が切り傷の後自己治癒するのと同様です。」

「私たちのテストでは、ロボットは、意図しない機械的な損傷から『生き残り』、反応し、有効に作業を続けることができます。実際の環境でこのシステムを使用する場合、メンテナンスのコスト削減に貢献する可能性があります。」

NTUの材料科学・工学学校のアソシエイト・プロフェッサー・ンリパン・マシューズは、「従来のロボットは、構造化されたプログラムに従って作業しますが、私たちのロボットは環境を認識し、学習し、行動を適応させます。ほとんどの研究者は、より敏感なセンサーを作ることに重点を置いていますが、センサーが効果的に決定を下す方法の課題に焦点を当てていません。次の世代のロボットが人間と効果的にやり取りするには、このような研究は必要です。」

「私たちのチームは、新しい学習材料、デバイス、ファブリケーション方法を適用して、ロボットが人間の神経生物学的機能を模倣できるようにしました。まだプロトタイプ段階ですが、私たちの研究は、この分野の重要な枠組みを確立し、研究者がこれらの課題に取り組むための道筋を示しています。」

研究チームは、今後、業界と政府の研究ラボのパートナーと協力して、このシステムをさらに進化させる予定です。